Cada segundo que está despierto, su cerebro produce un flujo continuo de actividad eléctrica. Incrustadas dentro de ese flujo se encuentran señales pequeñas y reproducibles que ocurren en respuesta directa a eventos específicos a su alrededor: un clic, un destello de luz, un toque en la piel.
Estas respuestas se denominan potenciales evocados y se encuentran entre las mediciones cronometradas con mayor precisión en la neurociencia.
¿Qué es un potencial evocado?
Un potencial evocado es un cambio medible y característico en el voltaje del EEG que ocurre inmediatamente después de un estímulo externo. El término "evocado" se refiere al desencadenante causal: algo sucedió y el cerebro respondió. Por otro lado, "potencial" se refiere a la diferencia de potencial eléctrico que se desarrolla entre los electrodos de registro en el cuero cabelludo.
Lo que hace que esta señal sea científicamente útil es una propiedad llamada sincronización ligada al estímulo. La respuesta neural sigue al estímulo con un retraso corto y razonablemente predecible, y siempre se mide en referencia al momento de inicio del estímulo.
En términos prácticos, un investigador que presenta un tono a través de unos auriculares o proyecta un patrón visual en una pantalla alinea cada época del EEG con el instante exacto en que se administró el estímulo. Cualquier cambio eléctrico constante que aparezca poco después de ese punto de alineación se considera parte de la respuesta evocada.
Esto es fundamentalmente diferente de la actividad espontánea continua del cerebro. El cerebro produce campos eléctricos de forma continua, independientemente de si hay o no un estímulo presente.
Un potencial evocado es una respuesta pequeña y sincronizada en el tiempo que se superpone a la actividad de fondo habitual. La actividad espontánea continúa ocurra o no un estímulo. Un potencial evocado aparece únicamente porque ocurrió un estímulo.
Los potenciales evocados se pueden desencadenar de dos formas generales:
Entrada sensorial natural: un sonido, un patrón visual, un toque.
Estimulación experimental directa de la corteza: por ejemplo, los pulsos magnéticos utilizados en la estimulación magnética transcraneal.
De dónde provienen los potenciales evocados
Un potencial evocado registrado en el cuero cabelludo es la suma de la actividad eléctrica de grandes poblaciones de neuronas corticales.
La fuente principal de esta actividad sumada es el potencial postsináptico. Cuando una neurona envía una señal a otra, la neurona receptora experimenta un pequeño cambio eléctrico en sus sinapsis. Este potencial postsináptico es la unidad básica de la comunicación neural.
En la corteza, los contribuyentes más grandes y ordenados son las células piramidales, una clase de neuronas excitadoras que forman disposiciones en capas a lo largo de la superficie cortical. Esa regularidad geométrica permite que sus potenciales postsinápticos se sumen en campos eléctricos coherentes.
Luego, estos campos locales se propagan a través del tejido cerebral circundante, atraviesan el líquido cefalorraquídeo que amortigua el cerebro, viajan por el cráneo y finalmente llegan al cuero cabelludo.
Tipos de pruebas de potenciales evocados
El tipo de prueba de potenciales evocados seleccionada depende del sistema sensorial o la vía nerviosa que se esté examinando. Cada método utiliza un estímulo diferente y registra la actividad en ubicaciones elegidas para capturar la respuesta relevante.
Aunque los procedimientos comparten un principio común, su preparación, patrones de ondas y usos clínicos difieren. Las categorías principales son las pruebas visuales, auditivas y somatosensoriales.
Potenciales evocados visuales (PEV)
Los potenciales evocados visuales evalúan la actividad eléctrica generada a lo largo de la vía visual, desde los ojos a través de los nervios ópticos y las estructuras visuales hacia la parte posterior del cerebro. Un protocolo común presenta una pantalla con patrones, aunque el estímulo exacto puede variar según el entorno de la prueba. Los electrodos en el cuero cabelludo registran la respuesta del cerebro mientras la persona se concentra en el objetivo visual.
La prueba de PEV puede ayudar a proporcionar información funcional cuando los síntomas visuales no tienen explicación o cuando los médicos evalúan un posible deterioro de las vías visuales ópticas o centrales. El resultado no es una medida directa de la agudeza visual, y un registro normal no descarta todas las enfermedades oculares o trastornos cerebrales. Factores como la atención, la fijación visual, la corrección refractiva y la claridad del estímulo pueden influir en la forma de onda.
Prueba de potenciales evocados auditivos del tronco encefálico (PEATE)
Los potenciales evocados auditivos del tronco encefálico miden las respuestas eléctricas generadas a medida que el sonido viaja a través del nervio auditivo y las vías del tronco encefálico. Comúnmente se presentan clics o sonidos basados en tonos a través de auriculares, y los electrodos del cuero cabelludo registran una serie de respuestas que ocurren dentro de un período corto después de cada sonido. La forma de onda contiene varios picos cuya sincronización puede proporcionar información sobre la conducción a través de partes sucesivas de la vía auditiva.
La prueba de PEATE es útil cuando se necesita evaluar la función de la vía auditiva sin depender completamente de la respuesta conductual de la persona. Se puede utilizar en evaluaciones neurológicas seleccionadas, evaluaciones auditivas y situaciones en las que la cooperación es limitada. Dado que el registro es sensible al nivel del estímulo, las condiciones del oído, la colocación de los electrodos y el ruido eléctrico, los resultados deben considerarse junto con otra información auditiva y neurológica.
Potenciales evocados somatosensoriales (PES)
Los potenciales evocados somatosensoriales evalúan las vías que transportan la sensación desde una extremidad hacia la médula espinal y el cerebro. Se administran pulsos eléctricos leves a un nervio periférico, a menudo en la muñeca o el tobillo, mientras se registran las respuestas en varios puntos a lo largo de la ruta. Las señales resultantes pueden ayudar a evaluar si se conserva la conducción a través de los nervios periféricos, las estructuras espinales y las vías sensoriales centrales.
La prueba de PES es particularmente relevante cuando los médicos necesitan información funcional sobre la integridad de la médula espinal o de las vías sensoriales. También se puede utilizar durante procedimientos quirúrgicos seleccionados para monitorear la función de las vías a lo largo del tiempo. La prueba no mide todos los aspectos de la sensación, y una respuesta anormal debe distinguirse de los efectos causados por la temperatura, la posición de las extremidades, enfermedades de los nervios periféricos, medicamentos o interferencias técnicas.
Desafíos y variables en la medición de potenciales evocados
La señal poblacional que define un potencial evocado siempre está integrada dentro de la actividad eléctrica espontánea continua del cerebro, y ese fondo suele ser más grande que la respuesta que lo rodea.
Esto crea un desafío práctico. Si el EEG espontáneo es más grande que la respuesta evocada, un solo ensayo a menudo no puede revelar la señal ligada al estímulo con claridad.
La solución clásica es el promedio de señales, donde el mismo estímulo se presenta muchas veces. Cada época de EEG se alinea con el momento exacto del inicio del estímulo, y los ensayos resultantes se promedian juntos.
La respuesta evocada, que ocurre con la misma latencia en cada ensayo, sobrevive al proceso de promedio. La actividad espontánea, que no está sincronizada con el estímulo, tiende a cancelarse.
Análisis de ensayo único y procesamiento de señales
Aunque el promedio ha sido el enfoque estándar durante décadas, no es la única vía. Con los métodos de procesamiento de señales adecuados, es posible realizar un análisis de ensayo único.
Un estudio de Başar et al. sobre la actividad espontánea de 40 Hz y los potenciales evocados auditivos informó que el método de análisis de señales aplicado permitía la inspección de un solo ensayo de épocas combinadas de EEG y potencial evocado en lugar de requerir una gran forma de onda promediada. Los enfoques de ensayo único son importantes porque preservan la variabilidad de un ensayo a otro que el promedio borra.
Los autores de ese estudio también señalaron que su método podría extenderse a estudios sobre procesos cognitivos, donde la señal significativa puede cambiar de un ensayo a otro.
Impacto del estado cerebral preestímulo
El estado preestímulo del cerebro puede influir en la magnitud de la respuesta posterior. Un estudio de estimulación magnética transcraneal en cuatro varones adultos clínicamente sanos exploró esta relación. Los investigadores registraron el EEG y la electromiografía mientras aplicaban pulsos magnéticos a la corteza motora izquierda al 100% del umbral motor (la intensidad del pulso que desencadena de manera confiable una respuesta muscular) y a una frecuencia de 0.1 Hz.
Encontraron:
Correlación negativa significativa (−0.22) con la potencia alfa alta
Correlación positiva significativa (+0.17) con la potencia gamma
Correlación más fuerte (0.27) con la relación gamma baja a alfa alta
Los autores interpretaron estas correlaciones como posibles indicadores de la excitabilidad cortical. Un cerebro que funciona en un estado activado, con una actividad relativamente mayor de gamma y menor de alfa, puede responder con mayor vigor a un pulso de estimulación. Un cerebro dominado por ritmos alfa más lentos puede mostrar una respuesta menor.
Sin embargo, las correlaciones fueron modestas y la muestra constaba de solo cuatro participantes. Los hallazgos sugieren una relación real entre las bandas de frecuencia preestímulo y el tamaño de la respuesta evocada, pero no pueden considerarse por sí solos como un modelo definitivo.
¿Qué es lo que realmente se está evocando?
Un segundo desafío fundamental es establecer qué se está evocando exactamente en primer lugar.
No todos los potenciales etiquetados como "evocados" son producidos puramente por el estímulo intencionado. Muchas técnicas de estimulación cerebral conllevan efectos secundarios sensoriales intrínsecos que, por sí mismos, pueden desencadenar respuestas cerebrales.
La estimulación magnética transcraneal (EMT) es un caso de estudio útil. La EMT utiliza pulsos magnéticos breves para excitar poblaciones de neuronas en una región cortical específica. Sin embargo, la bobina magnética también produce un clic fuerte y el pulso genera una sensación física en el cuero cabelludo.
Ambos efectos periféricos son eventos sensoriales por derecho propio. El clic activa el sistema auditivo y la sensación en el cuero cabelludo activa el sistema somatosensorial.
La importancia de esta ambigüedad se demostró en un experimento de 2019 en el que participaron 17 personas jóvenes y sanas. Los investigadores aplicaron EMT real sobre dos regiones corticales (la corteza parietal posterior izquierda y la circunvolución frontal superior) y registraron las respuestas a una estimulación simulada (sham) realista que imitaba el clic y la sensación en el cuero cabelludo sin producir un pulso transcraneal. Aplicaron precauciones estándar, incluida una capa de espuma debajo de la bobina y enmascaramiento con ruido auditivo.
Sin embargo, a pesar de estas medidas, los potenciales corticales evocados por la EMT real se asemejaban mucho a los potenciales evocados por la EMT simulada realista. Las características temporales y espaciales coincidieron tanto para los componentes tempranos como para los tardíos de la respuesta.
Esto no significa que los potenciales evocados no sean válidos. Significa que una respuesta registrada no es automáticamente la respuesta al estímulo previsto. Los autores del estudio concluyeron que se requieren condiciones de control multisensoriales periféricas en los diseños de EMT-EEG para separar los componentes transcraneales de los no transcraneales. La lógica se extiende a cualquier método de estimulación con efectos secundarios sensoriales que necesite un control que aísle la vía de interés.
Por qué son importantes los potenciales evocados
La precaución metodológica mencionada anteriormente no es motivo para descartar los potenciales evocados. Es parte de la razón por la que siguen siendo útiles. Una señal que se puede medir en el tiempo, registrar y controlar con precisión es una señal que se puede aplicar.
Tanto en la investigación como en el ámbito clínico, los potenciales evocados se utilizan habitualmente para:
Evaluar si las vías sensoriales están intactas
Monitorear las respuestas cerebrales durante procedimientos médicos
Diseñar interfaces cerebro-computadora
La lógica detrás de las pruebas de las vías sensoriales es que si un estímulo viaja por una ruta saludable desde el órgano sensorial hasta el cerebro, debería aparecer una respuesta sincronizada en el tiempo con la latencia esperada. Una respuesta tardía o ausente puede indicar una interrupción en algún punto de esa ruta.
Por qué las señales ligadas al estímulo definen la neurociencia práctica
En la neurociencia, los potenciales evocados demuestran que la respuesta del cerebro al mundo exterior se puede medir a través de cambios eléctricos precisamente sincronizados en el cuero cabelludo. Estas señales surgen de miles de neuronas corticales que actúan conjuntamente, lo que las convierte en una ventana confiable a la actividad cerebral a nivel poblacional, en lugar de la activación de una sola célula.
La misma propiedad de sincronización que las hace identificables también crea el principal desafío científico: los ritmos cerebrales espontáneos suelen ser mayores, por lo que separar la respuesta sincronizada requiere ensayos repetidos o un análisis cuidadoso de un solo ensayo. Los investigadores también necesitan condiciones de control cuando la estimulación conlleva efectos secundarios sensoriales, porque la respuesta registrada puede reflejar esos elementos adicionales en lugar de únicamente el estímulo previsto.
Antes de que llegue un estímulo, el estado continuo del cerebro puede influir en la magnitud de la respuesta resultante, relacionándose las bandas de frecuencia más rápidas con respuestas más intensas en los estudios revisados. Esto apunta a un cerebro que no es simplemente pasivo; su ritmo interno en el momento de la entrada afecta a lo que se mide.
Además, herramientas prácticas como las interfaces cerebro-computadora pueden utilizar las propiedades de frecuencia sincronizada de los potenciales evocados para el monitoreo en tiempo real, como la detección de la fatiga a través de cambios en la potencia del EEG. Aun así, la evidencia más sólida respalda las propiedades básicas de la señal, mientras que muchas aplicaciones más amplias siguen siendo prometedoras pero no están completamente probadas.
Referencias
Başar, E., Rosen, B., Başar-Eroglu, C., & Greitschus, F. (1987). The associations between 40 Hz-EEG and the middle latency response of the auditory evoked potential. International Journal of Neuroscience, 33(1-2), 103-117. https://doi.org/10.3109/00207458708985933
Zarkowski, P., Shin, C. J., Dang, T., Russo, J., & Avery, D. (2006). EEG and the variance of motor evoked potential amplitude. Clinical EEG and neuroscience, 37(3), 247-251. https://doi.org/10.1177/155005940603700316
Conde, V., Tomasevic, L., Akopian, I., Stanek, K., Saturnino, G. B., Thielscher, A., ... & Siebner, H. R. (2019). The non-transcranial TMS-evoked potential is an inherent source of ambiguity in TMS-EEG studies. Neuroimage, 185, 300-312. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2018.10.052
Preguntas frecuentes
¿Qué es un potencial evocado?
Un potencial evocado es un cambio medible y característico en el voltaje del EEG que ocurre inmediatamente después y en respuesta a un estímulo externo (como luz, sonido o tacto). Está "ligado al estímulo", lo que significa que presenta un retraso predecible tras el estímulo.
¿En qué se diferencian los potenciales evocados de la actividad cerebral espontánea?
La actividad espontánea es el flujo continuo y constante de campos eléctricos del cerebro que ocurre independientemente de los estímulos externos. Un potencial evocado es una respuesta pequeña y precisamente sincronizada ante un evento específico que se superpone a esta actividad de fondo.
¿Por qué se utiliza el promedio de señales en la investigación con EEG?
La actividad cerebral espontánea suele ser de mayor tamaño que la pequeña respuesta evocada, lo que dificulta verla en un solo ensayo. Al presentar el estímulo varias veces y promediar las épocas, la actividad espontánea aleatoria y no sincronizada se cancela, mientras que el potencial evocado constante y ligado al estímulo sobrevive.
¿Es posible el análisis de un solo ensayo de los potenciales evocados?
Sí. Aunque el promedio de señales es el método tradicional, los métodos avanzados de procesamiento de señales permiten el análisis de un solo ensayo. Este enfoque, como se analiza en el estudio de Başar et al., es muy valioso porque preserva la variabilidad de un ensayo a otro que el promedio elimina, lo cual es especialmente útil para estudiar procesos cognitivos cambiantes.
¿Qué papel juega el estado cerebral preestímulo?
La actividad continua del cerebro inmediatamente antes de un estímulo influye en la magnitud de la respuesta posterior. Un estudio de estimulación magnética transcraneal sugiere que un estado preestímulo "activado" (caracterizado por una mayor potencia gamma y menor potencia alfa) se correlaciona con una respuesta más fuerte y excitable.
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Christian Burgos
